的建设C1C1/H2H2-三角形或四面体网格的符合有限元基础

计算科学 有限元 参考请求
2021-12-04 07:45:47

双调和方程的分层符合有限元方法一文中,P. Oswald 声称 Clough-Tocher 类型的元素具有C1-连续性,同时是每个三角形上的三次多项式。他没有给出一组明确的基函数,只是正交点上的标准自由度。

同样,在《有限元方法的数学理论》第 3 章中,作者给出了三次 Hermite 有限元的构造,但没有提到三次 Hermite 元素的连续性。

然而,在论文Differential complexes and numeric stability中,Doulgas Arnold 提出对于C1/H2- 符合离散空间,我们应该使用 Hermite quintic(或者更确切地说 Argyris)有限元,明确表达非常复杂。

所以这是我的问题:

(1) 是否有任何论文提出了明确的公式C1/H2-在三角形或四面体网格上符合有限元?

(2) 分段三次是否应该是多项式要求的最小次数C1- 连续性?

3个回答

三次 Hermite 元素具有连续正态导数但不完全C1连续性。特别是,法向导数可能在远离顶点的两个元素的边界处不匹配。如果你想要完整C1连续性你将不得不使用 Argyris 元素或 Hsieh-Clough-Tucker 或其他东西。我推荐 Ciarlet 的有限元书第 6 章中的讨论。

所需的多项式次数C1连续性将取决于您的空间维度,但在 2D 或 3D 中,我认为您无法使用少于三次多项式的方式逃脱。您可以考虑某种不合格的方法,它可能允许更简单的有限元空间。

我向您推荐《关于三角剖分的样条线》一书。我现在找不到我的副本给你一个更好的答案,但我记得关于所需多项式顺序的讨论/定理C1空格。如果我没记错的话,赖证明了在某些条件下p=3可以,但是p=5总是足够的。

不幸的是,我还记得赖并没有展示如何构建C1空间,只证明它们存在给定三角剖分和样条空间。一旦他有了这个证明,他就用额外的线性约束方程来解决他的应用程序,以强制执行C1状况。

您可以参考以下页面获取 Argyris 基本函数的完整列表:FEMList.pdf 维基百科条目(法语)

此外,您可以使用我和同事开发的VT-ICAM ArgyrisPack 。